JP5219878B2 - 露光装置及び外気導入ユニット、それを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及び外気導入ユニット、それを用いたデバイスの製造方法に関するものである。

液晶ディスプレイパネル等の製造プロセスにおいて、露光装置は、光源から放射された露光光を、照明光学系を介して原版（マスク）に照射し、マスクに形成された微細パターンを感光基板（ガラス基板等）上に結像させる投影光学系により露光転写する。このような液晶ディスプレイパネルの製造を目的とする露光装置では、各種の波長帯域の露光光を基板上に照射する。露光光としては、例えば、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、又はｉ線（波長３６５ｎｍ）等が使用されている。近年、一括露光幅の拡大や、高スループットが要求されており、これに伴い、露光光は、ますますハイパワーなものが要求されている。

しかしながら、ｉ線、或いは、より短波長の露光光を使用する場合、ハイパワー化に伴い、露光光は、空気中の不純物を酸素と光化学反応させることが知られている。例えば、生成物としては、二酸化硫黄（ＳＯ_２）が光のエネルギを吸収して励起状態となり、空気中の酸素と反応（酸化）して生成される硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）が挙げられる。この光化学反応に起因して、生成物が光学系の光学素子（レンズやミラー）に付着すると、光学効率等の特性が低下し、装置のスループットの低下を招く恐れがある。

そこで、生成物の光学素子への付着という問題に対して、露光装置の周囲の温度、湿度、或いは塵埃を制御する環境チャンバに不純物除去フィルタを搭載し、この雰囲気中に存在する塩基性ガス、酸性ガス、又は有機ガス等の物質を除去する対策が採られている。ここで、不純物除去フィルタとしては、例えば、イオン交換繊維を使用したケミカルフィルタ、活性炭粒子や活性炭繊維を使用した活性炭フィルタ、更には、これら活性炭に酸性物質やアルカリ物質をコーティングしたケミカルフィルタ等が採用される。このような露光装置として、例えば、特許文献１は、露光装置本体を覆うチャンバに浄化手段を備え、更に、照明光の光路の一部にチャンバ内の空間から遮蔽された空間を形成する遮蔽手段を備え、光路の細部にまで清浄な空気が行き渡る露光装置を開示している。

特開２０００−２０８４０７号公報

しかしながら、特許文献１に示す露光装置は、外気を導入する導入口の位置が固定されており、露光装置が設置される空間内において、ガス濃度の分布に不均一性がある場合、不純物の多い空気を導入してしまい、露光装置内の汚染を誘発する恐れがある。

ここで、例えば、液晶パネル製造工場のクリーンルーム内の有機ガス濃度は、種々の有機溶剤を使用する関係上、数百〜数千μｇ／ｍ^３である。これに対して、有機ガスを除去するための活性炭フィルタは、活性炭自身の有機保持力（活性炭単位重量当たりの有機物最大吸着量）が０．数％〜数％程度であり非常に少ない。一方、アンモニアガスや硫酸ガス等の無機イオンガス濃度は、数十〜数百μｇ／ｍ^３である。これに対して、無機イオンガスを除去するためのイオン交換フィルタは、フィルタ濾材面積１ｍ^２当たり４〜６ｇのアンモニアを除去する。

例えば、有機物保持力４％の活性炭フィルタと、アンモニアガス用のイオン交換フィルタの両者を、それぞれ厚さ１５０ｍｍ、５００ｍｍ角の大きさで、圧力損失１００Ｐａ以下で製作した場合、各々で除去できる物質の重量は、８０ｇ程度である。このフィルタの処理空気量を１０ｍ^３／ｍｉｎとし、アンモニアガス濃度が１００μｇ／ｍ^３で、有機ガス濃度が１０００μｇ／ｍ^３の環境で使用したと仮定する。この場合、それぞれのフィルタ寿命を算出すると、イオン交換フィルタの寿命が５６日であるのに対して、活性炭フィルタの寿命は、その１０分の１の６日である。

したがって、上記の例で言えば、露光装置内の環境を良好に保つためには、６日で活性炭フィルタを交換しなければならない。これに起因して、露光装置内の浄化のためのメンテナンス作業、例えば、フィルタの交換コストの増加と、交換時に発生する露光装置のダウンタイムの増加による生産能力低下といった問題がある。また、イオン交換フィルタと同程度の寿命で有機ガスを除去するためには、イオン交換フィルタの１０倍程度の容積を持った活性炭フィルタを設置する必要がある。この場合、圧力損失が増加し、送風機に大きな動力が必要となるので、結果的に、消費電力が著しく増加するという問題がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、露光装置内の良好な環境を長時間持続させ、高スループットが得られる露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、露光装置本体を収容するチャンバと、該チャンバ内の空気を浄化する浄化手段とを備える露光装置であって、チャンバ内に空気を導入する外気導入口の位置を鉛直方向で変更可能な可動機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、チャンバ内へ外気を導入する外気導入口の位置を適宜変更可能な可動機構を備えているので、チャンバ内を長時間クリーンな状態に維持し、光学系部材の曇りを低減することができる。これにより、浄化手段の汚染に起因するメンテナンス作業の頻度を少なくすることができるので、露光装置のダウンタイムの発生回数を減らし、高スループットを実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。 本発明の外気導入ユニットの構成を示す概略図である。 本発明のその他の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である露光装置の構成を示す概略図である。なお、液晶パネル製造工場には、クリーンルームが設置されており、本発明の露光装置は、このクリーンルーム内に設置されているものとする。該クリーンルームは、所定の温度及び湿度に空調されている。

露光装置１は、まず、環境チャンバ（チャンバ）２に収容された露光装置本体である露光ユニット３と、該露光ユニット３へ露光光を照射する照明光学系４と、環境チャンバ２内の雰囲気を浄化する浄化手段５とを備える。なお、本実施形態の露光ユニット３は、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスクのパターンをガラス基板に露光する装置であるが、露光方式は、特に限定するものではない。

露光ユニット３は、照明光学系４からの露光光を所定の光束に変換する結像光学系６と、パターンが形成されたマスクを保持するマスクステージ系７と、投影光学系８と、感光剤が塗布されたガラス基板を位置決めする基板ステージ系９とを備える。なお、マスクステージ系７及び投影光学系８は、共にフレーム１０に支持されている。

まず、照明光学系４は、光源（超高圧水銀ランプ等の放電灯）１１から、照明光学系４を経て照明光を導入し、結像光学系６により所定の光束に変換した後、マスクステージ系７上のマスクを上方から照明する。ここで、マスクステージ系７は、マスクを載置しつつ、水平方向に移動可能なステージである。次に、照明されたマスク上のパターンは、投影光学系８により基板ステージ系９上のガラス基板表面に塗布されたレジストを感光させ、露光処理を行う。ここで、投影光学系８は、マスクのパターンをガラス基板に所定の倍率で縮小投影するものである。また、基板ステージ系９は、ガラス基板を載置しつつ、水平方向に移動可能なＸＹステージと、更に、ガラス基板を垂直方向に移動可能なＺステージとを含む。

浄化手段５は、環境チャンバ２内の側面に設置された空洞部であり、露光ユニット３を取り巻く周囲の環境を一定に保つための装置である。浄化手段５は、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂと、送風機１３と、加熱器１４と、除塵フィルタ１５と、冷却器１６とを備える。

不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂは、露光ユニット３の設置されている空間のクリーン度を保つために不純物を除去するフィルタである。不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂとしては、無機物質を除去するイオン交換フィルタ、若しくは、有機物質を除去する活性炭フィルタの少なくとも１つが採用される。ここで、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂは、除去するガスの種類やフィルタの特性を考慮し、最適なフィルタを選択することが望ましい。したがって、複数種のガスを除去する場合には、各々のガスに最適なフィルタを重ね合わせて使用する場合もあり得る。

送風機１３は、露光装置１の外部の空気を環境チャンバ２内に導入するための装置である。また、加熱器１４は、空気を加熱するための装置である。除塵フィルタ１５は、浄化手段５内に導入された空気内の塵埃を除去するためのフィルタである。冷却器１６は、空気を冷却するための装置である。加熱器１４及び冷却器１６により空気の温度を調整することができる。

浄化手段５は、まず、送風機１３により外部から吸い上げた空気を、加熱器１４で一定温度に保ちつつ、除塵フィルタ１５により塵埃を除去した後、露光ユニット３が設置された空間に供給する。ここで、外部から取り込まれた空気は、不純物除去フィルタ１２ａにより、空気中の不純物が除去される。供給された空気は、リターン口１７より取り込まれ、環境チャンバ２内を循環する。次に、リターン口１７より取り込まれた空気は、一旦冷却器１６を通過して、更に不純物除去フィルタ１２ｂにより不純物が除去される。ここで、通常、環境チャンバ２は、露光ユニット３が設置された空間を外部環境の気圧より僅かに加圧状態に保つために、循環空気量の約１割程度の空気を外部より取り込むよう調整されている。

次に、本発明の特徴である外気導入ユニットについて説明する。本実施形態の露光装置１は、更に、浄化手段５の空気導入部において、外気導入ユニット２０を備える。

近年、液晶ディスプレイパネル用のガラス基板の大型化に伴い、ガラス基板にパターンを露光する露光装置も大型化し、装置の高さは、６ｍ以上となる。露光装置を設置する液晶パネル工場のクリーンルームの天井高さは、言うまでも無く、露光装置よりも高くなければならない。クリーンルームにおける空調設備は、一般的に天井から空調空気を吹き出すダウンフロー方式が主流であるが、天井高さの増加や、露光装置の大型化により、各所に空気の滞留が生じ、効率的な空調が難しくなってきているという現状がある。

この空気の滞留等に起因し、クリーンルーム内の高さ方向には、不純物濃度の分布が生じる。例えば、空気よりも軽いアンモニア（ＮＨ_３）の濃度は、クリーンルームの空間上部では高くなり、空間下部では低くなる。一方、空気よりも重い酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）や分子量の大きい有機ガス等の濃度は、クリーンルームの空間下部では高くなり、空間上部では低くなる。そこで、本発明の外気導入ユニット２０は、露光装置１が設置される環境により不純物の除去効率の高くなる、即ち、低濃度となる空気を選択的に環境チャンバ２内に導入し、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの除去効果を長時間維持できるようにするものである。

外気導入ユニット２０は、露光装置１の高さ方向（鉛直方向）に設置される空洞装置であり、まず、それぞれ鉛直方向に移動可能な複数枚の可動パネル２１と、該可動パネル２１の駆動を制御する制御部２２とを備える。更に、外気導入ユニット２０は、ガス濃度計２３ａ、２３ｂと、該ガス濃度計２３ａ、２３ｂの測定値に基づいて、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの寿命を算出する算出部２４と、表示装置２５とを備える。

可動パネル２１は、上下方向に各々のパネル位置を移動させることにより、外気導入口２６の位置を適宜変更することが可能な可動機構である。図２は、外気導入ユニット２０の設定例である。この場合、制御部２２は、可動パネル２１の内、６枚のパネルを上部に移動し、１枚のパネルを下部に移動させることにより、外気導入口２６を下部から２枚目に当たる場所に設定している。

ガス濃度計２３ａは、不純物除去フィルタ１２ａの一次側に設けられた検出手段であり、導入空気の不純物濃度を測定する。また、ガス濃度計２３ｂは、不純物除去フィルタ１２ａの二次側に設けられたガス濃度計であり、不純物除去フィルタ１２ａを通過した空気のガス濃度を測定する。ここで、ガス濃度計としては、例えば、電気化学センサー式のガス濃度測定器が採用可能である。

算出部２４は、ガス濃度計２３ａ、２３ｂにて測定された導入空気の不純物濃度（検出結果）に基づいて、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命を算出する算出手段である。ここで、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命は、該不純物除去フィルタの仕様と、導入空気の風量、及びガス濃度の関係式により算出される。

表示装置２５は、算出部２４で算出された、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命を表示する装置である。また、表示装置２５は、ガス濃度計２３ａにおいて、ガス濃度が予め定めた所定の値を超えた場合には、エラーを表示する。

更に、外気導入ユニット２０は、外気導入口２６付近において、導入空気の温度を検出する温度検出手段２７を備える。該温度検出手段２７としては、測温抵抗体や、熱電対を用いた温度センサー等が採用可能である。

次に、外気導入ユニット２０の作用について説明する。まず、浄化手段５は、送風機１３を稼動させ、環境チャンバ２内において空気を循環させる。同時に、ガス濃度計２３ａ、２３ｂは、導入空気の不純物濃度を測定する。次に、制御部２２は、順次可動パネル２１を駆動させ、各外気導入口２６の位置において計測された不純物濃度に基づいて、算出部２４により不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命を算出する。更に、制御部２２は、寿命計算結果に基づいて、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命が最も長くなる位置に外気導入口２６を設けるように、可動パネル２１を駆動させる。

ここで、導入空気の温度は、環境チャンバ２の設定温度に最も近いことが望ましい。したがって、外気導入口２６の位置決定に際し、導入空気のガス濃度から算出された不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命に加えて、温度検出手段２７にて検出した導入空気の温度も考慮する。この場合、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの予測寿命と導入空気の温度に基づいて予め判定式を決めておき、該判定式から得られた値で外気導入口２６の位置を特定する方法を採用する。

以上のように、本発明によれば、外気導入口２６の高さ方向の位置を好適な位置、例えば、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの寿命が最も長くなる位置に設定する。したがって、環境チャンバ２内を長時間クリーンな状態に維持し、空気中の不純物に起因する光学系部材の曇りを低減することができる。更に、浄化手段５の汚染に起因するメンテナンス作業、例えば、不純物除去フィルタ１２ａ、１２ｂの交換作業等の頻度を少なくすることができるので、露光装置のダウンタイムの発生回数を減らし、高スループットを実現することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。

上記実施形態では、外気導入ユニット２０における外気導入口２６の位置は、可動パネル２１の各パネルを上下方向に適宜移動させて設定するものである。しかしながら、外気導入口２６の位置を変える手段は、これに限定されるものではない。図３は、本発明の他の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。なお、図３において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

図３において、外気導入ユニット３０は、それぞれのパネルを開閉可能に構成された、複数の開閉パネル３１を有する。該開閉パネル３１の各パネル付近には、それぞれ温度検出手段２７が設置される。これにより、第１の実施形態に示した外気導入ユニット２０と同様の作用及び効果を有することができる。

また、上記実施形態では、外気導入ユニット２０における外気導入口２６の位置は、高さ方向においてのみ変更可能であるが、外気導入口２６の設定位置を左右方向にも変更可能であるような構成としてもよい。

更に、上記実施形態では、外気導入ユニット２０を予め露光装置１に設置する構成としたが、外気導入ユニットを単独の装置として構成し、すでにクリーンルーム内に設置している露光装置に対して、オプションとして接続してもよい。この場合、設置対象の装置は露光装置に限らず、クリーン度を要求する液晶パネル製造装置各種、若しくは、半導体製造装置にも適用可能である。

（デバイスの製造方法）
次に、上記の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を、上記の露光装置を用いて露光する工程を経る。続いて、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を行うことによってデバイスが製造される。該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。

１ 露光装置
２ 環境チャンバ
３ 露光ユニット
４ 照明光学系
５ 浄化手段
７ マスクステージ系
８ 投影光学系
９ 基板ステージ系
１１ 光源
１２ａ 不純物除去フィルタ
１２ｂ 不純物除去フィルタ
２０ 外気導入ユニット
２１ 可動パネル
２３ａ ガス濃度計
２３ｂ ガス濃度計
２４ 算出部
２５ 表示装置
２６ 外気導入口
２７ 温度検出手段
３０ 外気導入ユニット
３１ 開閉パネル

Claims (11)

1. 露光装置本体を収容するチャンバと、該チャンバ内の空気を浄化する浄化手段とを備える露光装置であって、
   前記チャンバ内に空気を導入する外気導入口の位置を鉛直方向で変更可能な可動機構を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記浄化手段は、空気中の不純物を除去する不純物除去フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記可動機構は、複数の移動可能なパネルを含み、該パネルを移動させることにより、所定の位置に前記外気導入口を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記可動機構は、複数の開閉可能なパネルを含み、該パネルを開閉させることにより、所定の位置に前記外気導入口を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
5. 前記不純物濃度を検出する検出手段を備え、
   前記検出手段は、前記不純物除去フィルタの一次側及び二次側に設置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記検出手段の検出結果に基づいて、前記不純物除去フィルタの予測寿命を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記不純物除去フィルタの予測寿命に基づいて、前記可動機構を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記外気導入口の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記温度検出手段により検出された導入空気の温度に基づいて、前記可動機構を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記不純物除去フィルタの予測寿命を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
10. 露光装置本体を収容するチャンバ内に空気を導入する外気導入ユニットであって、
    前記空気を導入する外気導入口の位置を鉛直方向で変更可能な可動機構を備えることを特徴とする外気導入ユニット。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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